Главная -> Полезная информация -> Тепловые потери здания

Тепловые потери здания

Найти: Тепловые потери здания

Жилые дома невозможно построить таким образом, чтобы они находились в состоянии термодинамического равновесия с окружающим пространством. То есть они либо нагреваются, либо остывают, потребляя или теряя энергию. Нас, в России, более всего интересует зимнее отопление, т.к. в это время дом остывает, а его энергопотерю приходиться восполнять из внешних источников.

В основном теплопотери дома происходят посредством ограждающих конструкций, вентиляции и канализации.

Возьмём для примера расчёта теплопотерь дом площадью 100 м2 размерами 10?10?3 м с постоянно проживающими в нём 4 людьми. И рассчитаем, сколько тепла нужно данному дому на компенсацию естественного остывания при внешней температуре окружающей среды -20?С.

Подсчитаем потери энергии через канализацию. Нормы потребления в сутки на человека составляют 240 л холодной и 160 л горячей воды. Но фактически, реальное потребление воды примерно 2 раза меньше. Примем расход на человека в размере 120 л холодной и 80 л горячей воды. Зимой поступление воды в дом происходит при температуре +5?С. После чего, холодная вода нагревается до комнатной температуры +20?С, а горячая – до +70?С. Теплоёмкость воды 4200 Дж/(л·К). Значит в сутки на нагрев воды мы потратим:

4·4200·(20-5)·120+4·4200·(70-5)·80=30 МДж+87 МДж=117 МДж=33 КВт·ч энергии. В результате, затраты мощности на водоснабжение составят примерно 1,4 КВт.

Всю эту энергию придётся вылить в трубу. Попытки каким-либо образом возвратить эту энергию приводят к ухудшению работы очистных сооружений (например, септиков), а то и вовсе к их замерзанию, и нам неизвестны удачные примеры ее использования. Так что запомним эту цифру – 1,4 КВт.

Теперь подсчитаем потери вентиляции. В доме 10?10?3 м имеется объём воздуха 300 м3, масса 360 кг (при плотности воздуха ~1,2 кг/м3), при теплоёмкости воздуха равной ~1000 Дж/(кг·К) и при разнице температуры внутри и снаружи дома в 40?С (снаружи -20?С, внутри +20?С) дом содержит количество энергии: 360·40·1000=14,4 МДж=4 КВт·ч.

Нормы определяют кратность воздухообмена в 0,35 раз/час, то есть 8,4 раз/сутки. Для нашего дома 2500 м3. Получаем, что на вентиляцию потратится 4·8,4=33,6 КВт·ч энергии в сутки (или мощность нагревания воздуха должна быть 1,4 КВт).

Отсюда видим степень целесообразности рекуператоров. В простом случае рекуператор забирает 1 м3 воздуха из дома и 1 м3 воздуха с улицы, который нагревает за счёт тепла комнатного воздуха до средней температуры между ними (в наших расчетах – 0?С), далее выводит на улицу охлаждённый воздух, а подогретый подаёт в дом. Такой обычный рекуператор даёт экономию энергии на нагрев воздуха 50%, то есть получаем 0,7 КВт экономии мощности системы отопления. Здесь можно возразить, что на самом деле рекуператоры устроены сложнее и могут забирать из тёплого воздуха больше половины энергии. С этим согласимся, однако даже охлаждая воздуха до 0?С в приборе может образоваться конденсат, который при дальнейшем охлаждении еще и заледенеет и тогда рекуператору будет трудно. Поэтому в условиях индивидуального домостроения полезность рекуператора даже в 50% – это очень хорошо.

Из этих расчетов запомним 2 цифры – затраты мощности на вентиляцию 1,4 КВт и максимальная экономия на рекуперации – 0,7 КВт.

Вот мы и добрались до ограждающих конструкций – стен, пола, потолка, окон и двери. Через них теряется тепло без обмена воздуха (если имеем "дышащие" стены или уличный воздух проходит внутрь через входную дверь, то эти потери мы учли в растратах на вентиляцию). Для того чтобы высчитать сколько энергии уходит через ограждение, надо площадь ограждения умножить на коэффициент сопротивления теплопередаче (обозначается буквой R) и умножить на разницу между уличной и комнатной температурами. К сожалению, мы не можем получить точного расчёта на все случаи, так как во-первых, R напрямую зависит от толщины ограждения (толщина конструкции в домах может иметь разницу в 10 раз – от 10 см до 1 м), а во-вторых R зависит от теплопроводности материала конструкций и также имеет большие различия (например, разница между 1,69 Вт/м·К железобетона и 0,038 Вт/м·К пенополистирола в 45 раз). А это значит, дома в десятки раз могут иметь отличия по энергосбережению.

В таком случае, возьмём простой пример при расчёте теплопотерь дома который утеплён пенобетоном, для того чтобы показать как подсчитывается, и чтобы на этом примере сравнить потери через ограждения с другими видами теплопотерь, в следствие чего иметь возможность анализа разнообразных способов энергоэффективного сбережения и их экономической рациональности.

Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции

Для примера возьмем одноэтажный дом, размеры которого составляют 10?10?3 м. Дом имеет ростверковый фундамент с полами на деревянных лагах 50?200 мм с утеплением из пенополистирола; несущие стены из газобетона (плотность 400 кг/м3) толщиной 400 мм, утеплённые минватой; холодный чердак и потолок первого этажа с деревянными лагами 50?200 мм и утеплением из минеральной ваты. Окна из двойных стеклопакетов с широким пластиковым профилем. Двойная входная дверь утеплена пенопластом. Температура в помещении +20?С, на улице -20?С.

Производить расчёт начнём снизу. Лаги для полов возьмем лежащие с шагом 500 мм, а значит для ширины 10 м нужно 21 лага ш?д = 0,05 ?10 м. Получаем в итоге пол c площадью дерева 0,05·10·21=10,5 м2 и площадью пенопласта 100 м2-10,5 м2=89,5м2.

Коэффициент теплопроводности (берем из справочника): для сосны поперёк волокон – 0,1 Вт/(м·К), для пенополистирола плотностью 40 кг/м3 – 0,038 Вт/(м·К).

Найдем мощность теплопотерь. Для этого умножаем площадь ограждения на разность температур и на коэффициент теплопроводности материала, после чего полученное делим на толщину ограждения. Считаем для лаг – Pлаг=10,5·(20+20)·0,1/0,2=210 Вт, для пенопласта – Рпп=89,5·(20+20)·0,038/0,2=680 Вт. В сумме получаем мощность теплопотерь через пол: Pпола=210+680=890 Вт.

Далее на очереди у нас стены. Их общая площадь (10+10+10+10) м·3 м=120 м2. Вычтем двери с окнами. Входная дверь 2 м2, окна 1,5 м?1,5 м возьмем по 2 шт. на каждой стороне, то есть в сумме получаем 1,5·1,5·8=18 м2. Итого площадь стен 120-2-18=100 м2.

Коэффициент сопротивления теплопередаче (R) для одного слоя находим по формуле: толщину слоя разделить на Коэффициент теплопроводности. R для конструкций из нескольких слоев представляет собой сумму коэффициентов каждого слоя, то есть Rстен=Rгб+Rваты.

Коэффициент теплопроводности (снова смотрим в справочник) газобетона 0,11 Вт/(м·К), минваты фасадной – 0,045 Вт/(м·К). Допустим, толщина газобетона 0,4 м, толщина минватного утеплителя 0,1 м2.

Получаем: Rгб=0,4/0,11=3,64 м2·К/Вт, Rваты=0,1/0,045=2,22 м2·К/Вт и в сумме Rстен=3,64+2,22=5,86 м2·К/Вт.

Теперь можем расчитать потери мощности через стены. Для этого умножим площадь стен на разницу температур и разделим на Rстен: Pстен=100·(20+20)/5,86=623 Вт.

Для окон смотрим R либо в справочнике, либо у производителя. Для выбранных нами окон (пластиковые с двойными стеклопакетами) Rокон=0,51м2·К/Вт. Значит мощность теплопотерь через окна: Pокон=18·(20+20)/0,51=1400 Вт.

Рассмотрим входную дверь. Она имеет двойную конструкцию из 5 см пенопласта + 20 см воздуха + 5 см пенопласта. Теплосопротивление металла двери из-за его малого значения и тонкости будем считать равным нулю. Коэффициент R для воздуха толщиной 20 см берем из справочника – 0,19м2·К/Вт. В результате: Rдвери=0,05/0,038+0,19+0,05/0,038=2,82м2·К/Вт, мощность теплопотерь: Pдвери=2·(20+20)/2,82=28 Вт.

Потолок рассчитываем по аналогии с полом, но здесь вместо пенополистирола у нас минвата (её коэффициент теплопроводности равен 0,041Вт/(м·К). Получаем Рваты=89,5·(20+20)·0,041/0,2=734 Вт. Мощность теплопотерь всего потолка: Pпотолка=Pлаг+Pваты=210+734=944 Вт.

Занесём результаты в таблицу:

 

Анализируя результаты, подумайте, где и каким образом можно сэкономить.

Вконтакте Facebook Twitter Google+ Одноклассники Мой мир